本發明涉及灌區排水系統領域，尤其是一種灌區排水系統的參數生成方法及裝置。

背景技術：

近年來，隨著全球變化的加劇，極端降水事件頻發、江河洪水泛濫常常造成農田受淹，排水系統的安裝是減少洪水災害的必要措施?，F有的灌區均配有排水工程，但由于過去多采用經驗公式法來推算排水模數，存在較大誤差，進而導致農田防洪治澇工程的設計標準存在偏差，最終導致洪水來臨時農作物受淹，造成巨大損失。

技術實現要素：

本發明實施例要解決的技術問題是提供一種灌區排水系統的參數生成方法及裝置，用以實現對排水系統的設計參數進行精確的確定，提高排水系統的設計精度。

為解決上述技術問題，本發明實施例提供的灌區排水系統的參數生成方法，包括：

獲取灌區在預設灌溉時間段內的灌溉水量、降水量、蒸散量和下滲量；

獲取所述灌區在未進行灌溉前的第一土壤蓄水量以及所述灌區在進行預設灌溉時間段后的第二土壤蓄水量；

根據所述灌溉水量、所述降水量、所述蒸散量、所述下滲量、所述第一土壤蓄水量和所述第二土壤蓄水量，確定所述灌區的排水模數；

根據所確定的排水模數，生成灌區排水系統的設計參數。

優選地，所述根據所述灌溉水量、所述降水量、所述蒸散量、所述下滲量、所述第一土壤蓄水量和所述第二土壤蓄水量，確定所述灌區的排水模數的步驟包括：

根據所述灌溉水量、所述降水量、所述蒸散量、所述下滲量、所述第一土壤蓄水量和所述第二土壤蓄水量，確定所述灌區在所述預設灌溉時間段內的排水量；

根據所述灌區在所述預設灌溉時間段內的排水量，確定所述灌區的排水模數。

優選地，通過公式

Q₀＝Q₁+P-ET-L+W₁-W₂

獲得所述灌區在所述預設灌溉時間段內的排水量，其中，Q₁為所述灌溉水量，P為所述降水量，ET為所述蒸散量，L為所述下滲量，W₁為所述第一土壤蓄水量，W₂為所述第二土壤蓄水量；

通過公式

獲得所述排水模數q，其中，Q₀為所述排水量，S為所述灌區的面積，T為所述預設灌溉時間段的時長。

優選地，所述獲取所述灌區在預設灌溉時間段內的蒸散量的步驟包括：

獲取所述灌區的土壤最大有效水量、土壤有效水量、潛在蒸散量；

在所述降水量的數值大于等于所述潛在蒸散量的數值時，或在所述降水量的數值小于所述潛在蒸散量的數值且所述土壤有效水量大于等于所述土壤最大有效水量的一半時，確定所述蒸散量的數值為所述潛在蒸散量；

在所述降水量的數值小于所述潛在蒸散量的數值且所述土壤有效水量小于所述土壤最大有效水量的一半時，根據所述降水量、所述土壤最大有效水量、土壤有效水量、潛在蒸散量，確定所述蒸散量的數值。

優選地，所述獲取所述灌區在預設灌溉時間段內的下滲量的步驟包括：

獲取所述灌區在進行灌溉后的田間持水量；

在所述第二土壤蓄水量的數值小于等于所述田間持水量時，確定所述下滲量的數值為零；

在所述第二土壤蓄水量的數值大于所述田間持水量時，確定所述下滲量的數值為所述第二土壤蓄水量與所述田間持水量的差值。

優選地，通過公式

ET_p＝K_c*ET₀

獲取所述灌區的潛在蒸散量ET_p，其中，K_c為所述灌區內種植的具體農作物的作物系數，ET₀為灌區內種植的具體農作物的參考作物蒸散量，ET₀通過彭曼公式獲得。

優選地，在所述降水量的數值小于所述潛在蒸散量的數值且所述土壤有效水量小于所述土壤最大有效水量的一半時，通過公式

獲得所述蒸散量ET，其中，P為所述降水量，W_p為所述土壤有效水量,ET_p為所述潛在蒸散量。

優選地，所述設計參數包括：排水溝的斷面尺寸。

根據本發明的另一方面，本發明實施例還提供了一種灌區排水系統的參數生成裝置，包括：

第一獲取模塊，用于獲取灌區在預設灌溉時間段內的灌溉水量、降水量、蒸散量和下滲量；

第二獲取模塊，用于獲取所述灌區在未進行灌溉前的第一土壤蓄水量以及所述灌區在進行預設灌溉時間段后的第二土壤蓄水量；

確定模塊，用于根據所述灌溉水量、所述降水量、所述蒸散量、所述下滲量、所述第一土壤蓄水量和所述第二土壤蓄水量，確定所述灌區的排水模數；

生成模塊，用于根據所確定的排水模數，生成灌區排水系統的設計參數。

優選地，所述確定模塊包括：

第一確定單元，用于根據所述灌溉水量、所述降水量、所述蒸散量、所述下滲量、所述第一土壤蓄水量和所述第二土壤蓄水量，確定所述灌區在所述預設灌溉時間段內的排水量；

第二確定單元，用于根據所述灌區在所述預設灌溉時間段內的排水量，確定所述灌區的排水模數。

優選地，所述第一確定單元通過公式

Q₀＝Q₁+P-ET-L+W₁-W₂

獲得所述灌區在所述預設灌溉時間段內的排水量，其中，Q₁為所述灌溉水量，P為所述降水量，ET為所述蒸散量，L為所述下滲量，W₁為所述第一土壤蓄水量，W₂為所述第二土壤蓄水量；

所述第二確定單元通過公式

獲得所述排水模數q，其中，Q₀為所述排水量，S為所述灌區的面積，T為所述預設灌溉時間段的時長。

優選地，所述第一獲取模塊包括：

第一獲取單元，用于獲取所述灌區的土壤最大有效水量、土壤有效水量、潛在蒸散量；

第三確定單元，用于在所述降水量的數值大于等于所述潛在蒸散量的數值時，或在所述降水量的數值小于所述潛在蒸散量的數值且所述土壤有效水量大于等于所述土壤最大有效水量的一半時，確定所述蒸散量的數值為所述潛在蒸散量；

第四確定單元，用于在所述降水量的數值小于所述潛在蒸散量的數值且所述土壤有效水量小于所述土壤最大有效水量的一半時，根據所述降水量、所述土壤最大有效水量、土壤有效水量、潛在蒸散量，確定所述蒸散量的數值。

優選地，所述第一獲取模塊包括：

第二獲取單元，用于獲取所述灌區在進行灌溉后的田間持水量；

第五確定單元，用于在所述第二土壤蓄水量的數值小于等于所述田間持水量時，確定所述下滲量的數值為零；

第六確定單元，用于在所述第二土壤蓄水量的數值大于所述田間持水量時，確定所述下滲量的數值為所述第二土壤蓄水量與所述田間持水量的差值。

優選地，所述第一獲取單元通過公式

ET_p＝K_c*ET₀

獲取所述灌區的潛在蒸散量ET_p，其中，K_c為所述灌區內種植的具體農作物的作物系數，ET₀為灌區內種植的具體農作物的參考作物蒸散量，ET₀通過彭曼公式獲得。

優選地，所述第三確定單元通過公式

獲得所述蒸散量ET，其中，P為所述降水量，W_p為所述土壤有效水量,ET_p為所述潛在蒸散量。

優選地，所述設計參數包括：排水溝的斷面尺寸。

與現有技術相比，本發明實施例提供的灌區排水系統的參數生成方法，至少具有以下有益效果：

通過對灌區排水模數的獲取，進而實現對灌區排水系統的參數進行生成，由于本發明實施例中獲取得到的排水模數的精度更高，因而使得生成的灌區排水系統的參數的精度更高。

附圖說明

圖1為本發明第一實施例所述的灌區排水系統的參數生成方法的結構示意圖；

圖2為本發明第二實施例所述的灌區排水系統的參數生成方法的結構示意圖；

圖3為本發明第三實施例所述的灌區排水系統的參數生成方法的結構示意圖；

圖4為本發明第四實施例所述的灌區排水系統的參數生成裝置的結構示意圖；

圖5為本發明第四實施例所述的灌區排水系統的參數生成裝置的具體結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。在下面的描述中，提供諸如具體的配置和組件的特定細節僅僅是為了幫助全面理解本發明的實施例。因此，本領域技術人員應該清楚，可以對這里描述的實施例進行各種改變和修改而不脫離本發明的范圍和精神。另外，為了清楚和簡潔，省略了對已知功能和構造的描述。

參照圖1，本發明第一實施例提供了一種灌區排水系統的參數生成方法，包括：

步驟101，獲取灌區在預設灌溉時間段內的灌溉水量、降水量、蒸散量和下滲量；

步驟102，獲取所述灌區在未進行灌溉前的第一土壤蓄水量以及所述灌區在進行預設灌溉時間段后的第二土壤蓄水量；

步驟103，根據所述灌溉水量、所述降水量、所述蒸散量、所述下滲量、所述第一土壤蓄水量和所述第二土壤蓄水量，確定所述灌區的排水模數；

步驟104，根據所確定的排水模數，生成灌區排水系統的設計參數。

具體的，本發明第一實施例中，灌溉水量、第一土壤蓄水量和第二土壤蓄水量的具體數值通過實際測量獲得；對于降水量、的獲取則根據歷史觀測數據進行獲得。

具體的，所述設計參數包括：排水溝的斷面尺寸。

下面給出一具體事例表示根據排水模數獲得排水溝的尺寸的方法，本發明實施例中以灌區采用明溝排水系統的梯形土質排水溝進行說明。

通過獲得的排水模數與排水溝所控制的面積的乘積，可以獲得一段排水溝的排水流量q1。預先對排水溝的長度和高差進行測量，排水溝的高差是指排水溝的第一端到第二端之間的高度差值。

參照圖2所示，本發明中需要確定該梯形土質排水溝的水面高度h、梯形斷面的底寬b、水面與排水溝側壁接觸的長度a。

通常地，對于梯形土質邊坡系數m取1.5，其中，土質邊坡系數與水面高度h、水面與排水溝側壁的長度a的關系通過下列公式一反映：

上述公式一中，其中，α為表示排水溝斷面的傾斜角度的傾斜角。

通過公式二

可以獲得排水溝的平均流速v，單位為m/s，對于土質排水溝來說，平均流速一般在0.6m/s至1m/s之間；其中，R為排水溝的水力半徑，單位為m，i為排水溝的比降，通過排水溝的高差與排水溝的長度的比值獲得；n為排水溝的糙率，糙率與排水溝的材質有關，對于土質排水溝，糙率一般為0.0275。在本申請中，糙率n為0.0275。

在上述公式2中，相當于排水溝的比降i和排水溝的糙率n為一已知數，通過對排水溝的水力半徑R進行給定，得到一個排水溝的平均流速v值，通過給定的R值獲得的v值必須在0.6m/s至1m/s之間，否則，需要重新對R進行指定。在多次指定后，可以確定排水溝的水力半徑R以及排水溝的平均流速v值。

在確定排水溝的平均流速v后，則通過公式三

獲得排水溝的過水斷面面積A，單位為m²；其中，Q_d為排水溝的設計排水流量，單位為m³/s，其中，Q_d的數值通過排水溝的排水流量q1確定，通常地，Q_d為排水流量q1的1.05倍至1.1倍之間。

在獲得排水溝的水力半徑R和排水溝的過水斷面面積A之后，通過公式四

獲得排水溝過水斷面的濕周χ，單位為m，其中，濕周χ與梯形斷面的底寬b、水面與排水溝側壁接觸的長度a的關系通過公式五反映

χ＝2a+b

其中，上述的排水溝的過水斷面面積A與梯形土質排水溝的水面高度h、梯形端面的底寬b、水面與排水溝側壁接觸的長度a通過公式六反映

通過上述的公式一、公式二和公式三獲得排水溝的過水斷面面積A、排水溝過水斷面的濕周χ和排水溝的平均流速v后，再通過公式四、公式五和公式六可以獲得排水溝的過水斷面面積A與梯形土質排水溝的水面高度h、梯形斷面的底寬b、水面與排水溝側壁接觸的長度a。

在整個計算過程中，排水模數與設計流量Q_d直接相關，進一步影響著排水溝的斷面尺寸，斷面尺寸偏小的話，排水溝不能及時將水排出，長此以往，則易形成澇災；斷面尺寸偏大的話，則會造成資金的浪費。因此，合理的排水模數對于可以更經濟、合理地確定灌區排澇工程規模，甚至對保障我國糧食安全有著重大的實際意義。

通過上述的多個數據可以獲得灌區的排水模數，由于通過上述步驟獲得的灌區排水模數的精度相對于現有技術獲得的灌區排水模數的精度更加精確，進而使得生成的排水系統的設計參數的數值也更加精確，最終使得安裝完成的排水系統能夠滿足排水需求，并且不會造成資源浪費。

參照圖2，本發明第二實施例提供了一種灌區排水系統的參數生成方法，包括：

步驟201，獲取灌區在預設灌溉時間段內的灌溉水量、降水量、蒸散量和下滲量；

步驟202，獲取所述灌區在未進行灌溉前的第一土壤蓄水量以及所述灌區在進行預設灌溉時間段后的第二土壤蓄水量；

步驟203，根據所述灌溉水量、所述降水量、所述蒸散量、所述下滲量、所述第一土壤蓄水量和所述第二土壤蓄水量，確定所述灌區在所述預設灌溉時間段內的排水量；

步驟204，根據所述灌區在所述預設灌溉時間段內的排水量，確定所述灌區的排水模數；

步驟205，根據所確定的排水模數，生成灌區排水系統的設計參數。

具體的，步驟203中，通過公式

Q₀＝Q₁+P-ET-L+W₁-W₂

獲得所述灌區在所述預設灌溉時間段內的排水量Q₀，其中，Q₁為所述灌溉水量，P為所述降水量，ET為所述蒸散量，L為所述下滲量，W₁為所述第一土壤蓄水量，W₂為所述第二土壤蓄水量。

灌溉水量、降水量、蒸散量、下滲量、第一土壤蓄水量、第二土壤蓄水量和灌區的排水量組成了灌區在預設灌溉時間段內的水量平衡系統，通過上述公式可以獲得灌區在預設灌溉時間段內的排水量。

在獲得灌區的排水量后，則通過公式

獲得所述排水模數q，其中，Q₀為所述排水量，S為所述灌區的面積，T為所述預設灌溉時間段的時長。

由于本發明中的蒸散量、下滲量并非采用經驗算法獲得，而是通過歷史觀測數據計算獲得，使得最終獲得的排水模數的精度更高，最終使得獲得的排水系統的參數的精度更高。

參照圖3，本發明實施例提供了一種灌區排水系統的參數生成方法，包括：

步驟301，獲取灌區在預設灌溉時間段內的灌溉水量、降水量和下滲量；

步驟302，獲取所述灌區的土壤最大有效水量、土壤有效水量、潛在蒸散量；

步驟303，在所述降水量的數值大于等于所述潛在蒸散量的數值時，或在所述降水量的數值小于所述潛在蒸散量的數值且所述土壤有效水量大于等于所述土壤最大有效水量的一半時，確定所述蒸散量的數值為所述潛在蒸散量；

步驟304，在所述降水量的數值小于所述潛在蒸散量的數值且所述土壤有效水量小于所述土壤最大有效水量的一半時，根據所述降水量、所述土壤最大有效水量、土壤有效水量、潛在蒸散量，確定所述蒸散量的數值；

步驟305，獲取所述灌區在未進行灌溉前的第一土壤蓄水量以及所述灌區在進行預設灌溉時間段后的第二土壤蓄水量；

步驟306，根據所述灌溉水量、所述降水量、所述蒸散量、所述下滲量、所述第一土壤蓄水量和所述第二土壤蓄水量，確定所述灌區的排水模數；

步驟307，根據所確定的排水模數，生成灌區排水系統的設計參數。

本發明第三實施例中，灌區的排水模數的方法與第二實施例中記載的方案相同，在此，不再贅述。

具體的，上述步驟301中，通過公式

ET_p＝K_c*ET₀

獲取所述灌區的潛在蒸散量ET_p，其中，K_c為所述灌區內種植的具體農作物的作物系數，ET₀為灌區內種植的具體農作物的參考作物蒸散量，ET₀通過彭曼公式獲得。

在本發明第三實施例中，上述作物系數K_c以及彭曼公式中的參數并非為常數值，而是通過不停的給定一組數值，該一組數值包括上述的作物系數K_c以及彭曼公式中的參數，在多組歷史觀測數據的基礎上得到一個排水量的數值，通過給定的方式獲得的排水量與歷史觀測數據中記載的實際獲得的排水量的對比確定，在通過給定的一組參數獲得的排水量與歷史觀測數據中的排水量的數值接近時，則指定該作物在該灌區的參數為該組參數。

在本發明實施例中，同一作物在不同灌區的作物系數K_c以及彭曼公式中的參數不相同，不同作物在同一灌區的作物系數以及彭曼公式中的參數也不相同。例如，一組歷史觀測數據中會對應有一組灌溉水量、一組降水量、一組第一土壤蓄水量、一組下滲量和一組第二土壤蓄水量數據，通過給定的一組參數值，可以獲得一個對應的潛在蒸散量的數值，經過計算，最終可以得到一個與該組給定的參數值對應的排水量的數值，通過給定的一組參數獲得的排水量的數值與歷史觀測數據中實際測得的排水量的數值進行對比，直至通過給定的參數值獲得的排水量的數值和實際獲得的排水量的數值接近時，則可以確定本次測量的參數值為該組數值。

在步驟304中，通過公式

獲得所述蒸散量ET，其中，P為所述降水量，W_p為所述土壤有效水量,ET_p為所述潛在蒸散量。

通過本發明第三實施例記載的灌區排水系統的參數生成方法，使得獲得的灌區的排水模數的精度更高，進而使得設計得到的排水系統的參數的精度更好，從而使得最終安裝完成后的排水系統既能夠滿足灌區的排水需要，同時還不會造成排水系統的資金浪費。

參照圖4，根據本發明的另一方面，本發明實施例還提供了一種灌區排水系統的參數生成裝置，包括：

第一獲取模塊，用于獲取灌區在預設灌溉時間段內的灌溉水量、降水量、蒸散量和下滲量；

第二獲取模塊，用于獲取所述灌區在未進行灌溉前的第一土壤蓄水量以及所述灌區在進行預設灌溉時間段后的第二土壤蓄水量；

確定模塊，用于根據所述灌溉水量、所述降水量、所述蒸散量、所述下滲量、所述第一土壤蓄水量和所述第二土壤蓄水量，確定所述灌區的排水模數；

生成模塊，用于根據所確定的排水模數，生成灌區排水系統的設計參數。

參照圖5，優選地，所述確定模塊包括：

第一確定單元，用于根據所述灌溉水量、所述降水量、所述蒸散量、所述下滲量、所述第一土壤蓄水量和所述第二土壤蓄水量，確定所述灌區在所述預設灌溉時間段內的排水量；

第二確定單元，用于根據所述灌區在所述預設灌溉時間段內的排水量，確定所述灌區的排水模數。

參照圖5，優選地，所述第一確定單元通過公式

Q₀＝Q₁+P-ET-L+W₁-W₂

獲得所述灌區在所述預設灌溉時間段內的排水量，其中，Q₁為所述灌溉水量，P為所述降水量，ET為所述蒸散量，L為所述下滲量，W₁為所述第一土壤蓄水量，W₂為所述第二土壤蓄水量；

所述第二確定單元通過公式

獲得所述排水模數q，其中，Q₀為所述排水量，S為所述灌區的面積，T為所述預設灌溉時間段的時長。

參照圖5，優選地，所述第一獲取模塊包括：

第一獲取單元，用于獲取所述灌區的土壤最大有效水量、土壤有效水量、潛在蒸散量；

第三確定單元，用于在所述降水量的數值大于等于所述潛在蒸散量的數值時，或在所述降水量的數值小于所述潛在蒸散量的數值且所述土壤有效水量大于等于所述土壤最大有效水量的一半時，確定所述蒸散量的數值為所述潛在蒸散量；

第四確定單元，用于在所述降水量的數值小于所述潛在蒸散量的數值且所述土壤有效水量小于所述土壤最大有效水量的一半時，根據所述降水量、所述土壤最大有效水量、土壤有效水量、潛在蒸散量，確定所述蒸散量的數值。

參照圖5，優選地，所述第一獲取模塊包括：

第二獲取單元，用于獲取所述灌區在進行灌溉后的田間持水量；

第五確定單元，用于在所述第二土壤蓄水量的數值小于等于所述田間持水量時，確定所述下滲量的數值為零；

第六確定單元，用于在所述第二土壤蓄水量的數值大于所述田間持水量時，確定所述下滲量的數值為所述第二土壤蓄水量與所述田間持水量的差值。

優選地，所述第一獲取單元通過公式

ET_p＝K_c*ET₀

獲取所述灌區的潛在蒸散量ET_p，其中，K_c為所述灌區內種植的具體農作物的作物系數，ET₀為灌區內種植的具體農作物的參考作物蒸散量，ET₀通過彭曼公式獲得。

優選地，所述第三確定單元通過公式

獲得所述蒸散量ET，其中，P為所述降水量，W_p為所述土壤有效水量，ET_p為所述潛在蒸散量。

優選地，所述設計參數包括：排水溝的斷面尺寸。

通過上述的灌區排水系統的參數生成裝置獲得的灌區排水模數的精度更加精確，進而使得生成的排水系統的設計參數的數值也更加精確，最終使得安裝完成的排水系統能夠滿足排水需求，并且不會造成資金浪費。

以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明所述原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。